單鍵觸摸開關(guān)課程設(shè)計(jì)

1、 摘 要隨著時(shí)代的進(jìn)步，社會(huì)的發(fā)展，人們對(duì)開關(guān)的需求越來越高，各種可供人們選擇的開關(guān)的種類也越來越多。機(jī)械開關(guān)、聲控開關(guān)、光控開關(guān)等產(chǎn)品逐步進(jìn)入生活中。但由于機(jī)械開關(guān)屬于有觸點(diǎn)開關(guān)元件，它有接觸不良、故障率高、使用不便等缺點(diǎn)，且摩擦較大容易損壞；聲控開關(guān)嚴(yán)重浪費(fèi)了電力資源，干擾了環(huán)境安寧；光控開關(guān)是采用光線的強(qiáng)弱來實(shí)現(xiàn)對(duì)用電器電源自動(dòng)控制的電子開關(guān)，它對(duì)光線強(qiáng)弱的要求苛刻。針對(duì)以上開關(guān)的各種缺點(diǎn)，促使我們尋求更為理想的開關(guān)電器設(shè)備替代元件，使得人們的生活越來越方便。觸摸開關(guān)是一種新型的電子節(jié)能開關(guān)，可廣泛應(yīng)用于多層住宅和辦公室外的走廊、門廳、樓梯間、電梯間、過道等公共場(chǎng)所，也可以在家庭安裝。本

2、次設(shè)計(jì)利用模擬電路和數(shù)字電路，以直流穩(wěn)壓電源電路、NE555單穩(wěn)態(tài)電路、和繼電器控制電路為核心設(shè)計(jì)延時(shí)觸摸開關(guān)。需要開燈時(shí)，手指觸摸開關(guān)感應(yīng)區(qū)，電燈自動(dòng)點(diǎn)亮，延時(shí)約一分鐘，電燈自動(dòng)熄滅。該操作簡(jiǎn)單，使用節(jié)能，又沒有聲控開關(guān)有聲音就亮的弊端。主要由NE555定時(shí)器，直流穩(wěn)壓電路和繼電器控制電路組成。具備以下功能特點(diǎn)：節(jié)約電能，無觸點(diǎn)，無污染，安全可靠。關(guān)鍵詞：模擬電路；第一章 設(shè)計(jì)思路與方案設(shè)計(jì)單鍵觸摸開關(guān)，在供選擇的課程設(shè)計(jì)的主題中，我發(fā)現(xiàn)了單間觸摸開關(guān)的，并將之作為課程設(shè)計(jì)的課題。單鍵觸摸開關(guān)由觸摸信號(hào)輸入電路，IC CD4017信號(hào)處理電路，電子開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路及電源組成。首先由觸摸片把人體的

3、觸摸信號(hào)轉(zhuǎn)化成市電同頻的標(biāo)準(zhǔn)的MOS電平，然后輸入ICCD4017的十進(jìn)制的計(jì)數(shù)器進(jìn)行信號(hào)處理,最后由ICCD4017處理后的結(jié)果決定是否驅(qū)動(dòng)電子開關(guān)導(dǎo)通燈泡或其他使用設(shè)備工作。1.2 方案設(shè)計(jì) 按照設(shè)計(jì)思想，設(shè)計(jì)出如下的結(jié)構(gòu)方案的框圖，根據(jù)思路和方案圖，開始了觸摸開關(guān)的設(shè)計(jì)。方案框圖電子開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路觸摸信號(hào)輸入電路IC CD4017信號(hào)處理電路電子開關(guān)電路 電源 圖1-1方案圖第二章 系統(tǒng)工作原理2.1 系統(tǒng)總原理圖圖2-1總原理圖2.2 系統(tǒng)的工作原理用CD4017組成的單鍵觸摸開關(guān)，該開關(guān)為單觸摸電極控制方式，每觸摸一次電極，開關(guān)即動(dòng)作（開或關(guān)）一次，與普通機(jī)械相比，使用更方便。電路原理

4、圖中HD為管式氖泡，它與光敏電阻RG組成“自制光電耦合器”，并與觸摸電極M、R1形成觸摸信號(hào)輸入通路。CD4017的Q1、Q3、Q5、Q7、Q9等奇數(shù)輸出端分別接二極管V2V6，當(dāng)其中之一輸出高電平時(shí)，V8導(dǎo)通并觸發(fā)雙向可控硅VT導(dǎo)通，接入插座的負(fù)載得電工作，此時(shí)Q2、Q4偶數(shù)輸出端懸空；反之，當(dāng)偶數(shù)輸出端其中之一為高電平時(shí)，V8、VT均截止，插座負(fù)載斷電，該觸摸開關(guān)剛通電時(shí)，因C1、R4微分作用，CD4017自動(dòng)復(fù)位清零，插座為斷電狀態(tài)。首次觸摸M后，HD啟輝發(fā)光，RG阻值減小，CD4017的CL端變?yōu)楦唠娖剑琎1輸出高電平；而再觸摸一次M后，CD4017計(jì)數(shù)一次，Q1變?yōu)榈碗娖?，Q2輸出高

5、電平，依次類推，從而實(shí)現(xiàn)觸摸開關(guān)功能，市電兩輸入線分別通過R7、R8接至觸摸通路，因此無需分相線、零線，均可保證電路正常工作。采用分立元器件制作的觸摸式電子開關(guān)，它具有簡(jiǎn)單易制、使用安全可靠等特點(diǎn)，可用于控制照明燈、排風(fēng)扇等家用電器。電路工作原理：該觸摸式電子開關(guān)電路由電源電路、觸發(fā)控制電路和控制執(zhí)行電路 (開關(guān)電路)組成，如圖2-2所示圖2-2電源電路由電源變壓器T、整流橋堆UR和濾波電容器C組成。觸發(fā)控制電路由觸摸電極片Al、A2、晶體管Vl-V4和電阻器Rl-R4組成，其中V3、V4和Rl-R4組成雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器?？刂茍?zhí)行電路由晶體管V5、電阻器R5、二極管VD、繼電器K和發(fā)光二極管VL組

6、成。交流220V電壓經(jīng)T降壓、UR整流及C濾波后，為觸發(fā)控制電路和控制執(zhí)行電路提供9V直流電壓。在接通電源瞬間，V4截止，V3導(dǎo)通，V5截止，K處于釋放狀態(tài)，負(fù)載不工作。當(dāng)用手觸摸飽極片Al時(shí)，人體感應(yīng)信號(hào)經(jīng)Vl放大后使V4受觸發(fā)而導(dǎo)通，V3截止，V5導(dǎo)通，K吸合，其常開觸頭將負(fù)載的工作電源接通。再用手觸摸一下電極片A2時(shí)，人體的感應(yīng)信號(hào)經(jīng)V2放大后，使V3導(dǎo)通，V4和V5截止，K釋放，將負(fù)載的工作切斷。VL在K吸合、負(fù)載通電工作時(shí)點(diǎn)亮，在K釋放時(shí)熄滅。元器件選擇：Rl-R5選用1/4W的碳膜電阻器或金屬膜電阻器。C選用耐壓值為16V的鋁電解電容器。VD選用IN4001型硅整流二極管或2CPl

7、O型硅普通二極管。UR選用lA、5OV的整流橋堆，也可用4只1N4001或2CPlO橋接后代替。VL選用5mm發(fā)光二極管。Vl-V4均選用Sg013或3DG6型硅NPN晶體管;V5選用3DGl2或S805O型NPN晶體管。T選用1-3W、二次電壓為gV的電源變壓器。K選用JRX-13F型9V直流繼電器。若控制較大的功率負(fù)載，則可用K的常開觸頭通過控制交流接觸器來控制負(fù)載。2.2.1單穩(wěn)態(tài)電路圖2-3圖2-3是典型的單穩(wěn)態(tài)電路。與雙穩(wěn)態(tài)電路相比，電路中的一個(gè)耦合電阻Rb1換成了耦合電容C1。所以，開機(jī)后VT1截止，VT2飽和導(dǎo)通。給它一個(gè)觸發(fā)信號(hào)后，電路翻轉(zhuǎn)，變?yōu)閂T1導(dǎo)通，VT2截止。暫穩(wěn)態(tài)是

8、不會(huì)長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定存在的，經(jīng)過一定時(shí)間T后，電路會(huì)自動(dòng)返回原來的狀態(tài)穩(wěn)態(tài)（VT1截止，VT2導(dǎo)通），也就是電路有一個(gè)穩(wěn)態(tài)和一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。暫穩(wěn)態(tài)維持時(shí)間的長(zhǎng)短取決于C1和Rb1：T = 0.7RC。對(duì)稱雙穩(wěn)態(tài)電路圖2-4圖2-4是典型的雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路。注意圖中的LED1、LED2和Rc12、Rc22只是為了方便觀察VT1和VT2兩管導(dǎo)通、截止?fàn)顟B(tài)的附加加電路，它并非雙穩(wěn)電路必須的部分。本圖雙穩(wěn)電路的觸發(fā)方式為計(jì)數(shù)觸發(fā)。如果我們按一下SA電路就會(huì)從一種穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)為另一種穩(wěn)態(tài)，設(shè)電源接通后VT1飽和導(dǎo)通（LED1亮），VT2截止。按下SA后，就變成VT1截止，VT2飽和（LED2亮）。如果再按一次，電路又變

9、為VT1飽和，VT2截止?？傊堪匆幌掠|發(fā)電路，或者說每收到一個(gè)觸發(fā)脈沖，電路的狀態(tài)就翻轉(zhuǎn)一次。這種觸發(fā)方式我們稱之為計(jì)數(shù)觸發(fā)。無穩(wěn)態(tài)電路無穩(wěn)態(tài)電路也是由兩管交叉耦合而成，不過，兩只耦合電阻都換成了耦合電容。它沒有穩(wěn)態(tài)，只有兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)，所以兩管輪流導(dǎo)通截止。我們常用它來產(chǎn)生方波或脈沖信號(hào)源，所以也可以稱這種電路為多諧振蕩電路，其振蕩周期：T = 0.7Rb1C1+0.7R.b2C2兩管元件數(shù)據(jù)對(duì)稱時(shí)，公式可簡(jiǎn)化為：T = 1.4RbC或者說振蕩頻率：f = 1/（21.4RbC）這里，我們?yōu)榱吮阌谟^察發(fā)光二極管的閃光，所以R、C都用得較大。如果振蕩頻率太高，那么看起來兩只發(fā)光管都是亮著的，就

10、看不出翻轉(zhuǎn)的過程了。 圖2-5無穩(wěn)態(tài)電路電路圖第三章 單元模塊電路設(shè)計(jì)3.1 整流電路 電路中采用四個(gè)IN4007二極管，互相接成橋式結(jié)構(gòu)。利用二極管的電流導(dǎo)向作用，在交流輸入電壓U的正半周內(nèi)，二極管VD1、VD3導(dǎo)通，VD2、VD4截止，在負(fù)載RL上得到上正下負(fù)的輸出電壓；在負(fù)半周內(nèi)，正好相反，VD1、VD3截止，VD2、VD4導(dǎo)通，流過負(fù)載RL的電流方向與正半周一致。因此，利用四個(gè)二極管，使得在交流電源的正、負(fù)半周內(nèi)，整流電路的負(fù)載上都有方向不變的脈動(dòng)直流電壓和電流。橋式整流電路：?jiǎn)蜗鄻蚴秸麟娐返慕M成單相橋式整流電路由四只二極管組成，其構(gòu)成原則就是保證在變壓器副邊電壓u2正、負(fù)半周內(nèi)正確

11、引導(dǎo)流向負(fù)載的電流，使其方向不變。設(shè)變壓器副邊兩段分別為a和b，則a為“”、b為“”時(shí)應(yīng)有電流留出a點(diǎn)，a為“-”、b為“”時(shí)應(yīng)有電流流入a點(diǎn)；相反，a為“”、為“”時(shí)應(yīng)有電流流入點(diǎn)，為“”、為“”時(shí)應(yīng)有電流流出點(diǎn)；因而和點(diǎn)均應(yīng)分別接兩只二極管，以引導(dǎo)電流；如圖3-1所示。圖3-1 橋式整流原理3.2 指示燈3.3 觸發(fā)電路觸摸燈的觸摸開關(guān)是通過人體接觸后產(chǎn)生的電流泄露而工作的。當(dāng)用手觸摸一下觸摸開關(guān)的電極片M時(shí)，人體泄漏電流使VT3導(dǎo)通。此時(shí)，電容C2開始充電，VT2、VT1隨即導(dǎo)通，晶閘管門極得到正向觸發(fā)電流導(dǎo)通。（其中泄露的電流十分微小，只有多少微伏。而人體本身帶的靜電都有幾千幾萬伏。所

12、以觸摸開關(guān)對(duì)人體的影響是微乎其微的幾乎沒有）。3.4觸摸信號(hào)輸入電路HD為管式氖泡，它與光敏電阻RG組成“自制光電耦合器”，并與觸摸電極M、R1形成觸摸信號(hào)輸入通路, 人體帶電與市電同頻，當(dāng)人體接觸觸摸片時(shí)，經(jīng)輸入電阻和HD管式氖泡及光敏電阻RG后成為標(biāo)準(zhǔn)的MOS電平。觸摸持續(xù)時(shí)間大于32毫秒、小于332毫秒時(shí)，控制邏輯部分控制電路呈開關(guān)工作狀態(tài)。當(dāng)觸摸持續(xù)時(shí)間大于332毫秒時(shí)，控制邏輯部分控制電路呈調(diào)光工作狀態(tài)，輸出觸發(fā)脈沖相位角在41159之間連續(xù)周期變化，并根據(jù)人眼的感受力，分為快、慢和暫歇三個(gè)過程。當(dāng)觸摸結(jié)束時(shí)，亮度記憶對(duì)該時(shí)相位角進(jìn)行記憶，若再施與大于32毫秒、小于332毫秒的觸摸，

13、電路呈關(guān)狀態(tài)時(shí)，相位角仍由該部分記憶，保證電路在下一次開狀態(tài)時(shí)，保持原選定相位角，光源保持原亮度。觸發(fā)脈沖與市電的同步，由鎖相環(huán)保證電路的工作時(shí)鐘，也均由其產(chǎn)生。電路圖如下： 圖3-2觸摸信號(hào)輸入電路圖4.1原件安裝與硬件調(diào)試原件安裝 元器件安裝時(shí)采用電烙鐵手工焊接方法將元件按電路圖焊接，安裝時(shí)應(yīng)注意：本設(shè)計(jì)中的照明電路，整流電路，指示燈，延時(shí)電路以及觸發(fā)電路中的元件都應(yīng)合理布局。避免焊接時(shí)交叉短路以及確保電路板美觀程度。焊接時(shí)不要直接焊接芯片，注意錫的用量、確保焊點(diǎn)光滑整潔，節(jié)約資源以及焊接時(shí)間不要太長(zhǎng)，以免燒壞元器件。硬件調(diào)試萬能線路板元件連接成功后，發(fā)現(xiàn)本電路出現(xiàn)以下故障： 故障一：人體

14、觸摸后電路沒有反應(yīng)，電燈不亮。分析：用萬用表測(cè)量各點(diǎn)電壓，發(fā)現(xiàn)各點(diǎn)電壓均正常，懷疑觸發(fā)信號(hào)過小電路無法觸發(fā)工作。 解決方案：在555的2腳加入C1815的三極管（放大人體觸發(fā)電流）后電路觸發(fā)能工作，電燈發(fā)亮。故障二：排除故障一后，發(fā)現(xiàn)人體觸摸觸發(fā)端，電路延時(shí)一分鐘左右后繼電器有動(dòng)作，但是電路仍然工作，電燈依然發(fā)亮。 分析：繼電器動(dòng)作，但是電路仍然工作，說明繼電器有動(dòng)作，但斷開后有繼續(xù)閉合，懷疑繼電器斷開瞬間產(chǎn)生的很大電磁干擾，促使觸發(fā)端，接收到高頻信號(hào)觸發(fā)，555輸出端繼續(xù)輸出高電平。 解決方案：在觸發(fā)端至地，接一個(gè)幾十皮發(fā)的電容，觸摸后，延時(shí)一分鐘左右電路斷開，電燈熄滅，電路正常工作?？?結(jié)

15、對(duì)于模擬電子和數(shù)字電子的學(xué)習(xí)，那是去年的學(xué)習(xí)內(nèi)容了，但是那時(shí)候只是簡(jiǎn)單地學(xué)習(xí)書本上的知識(shí)，對(duì)于自己親手實(shí)踐甚至于設(shè)計(jì)一款由模擬電子和數(shù)字電子組合而成的產(chǎn)品，更是那時(shí)候想都沒想到的事情。其實(shí)觸摸開關(guān)早就在市場(chǎng)上流通了，只是之前對(duì)于其工作原理等相關(guān)知識(shí)了解甚少，通過本次課程設(shè)計(jì)，在網(wǎng)上查找資料、圖書館翻閱書籍，掌握了部分關(guān)于觸摸開關(guān)的資料。感知到模擬電子、數(shù)字電子的應(yīng)用范圍原來如此廣闊，身邊的用到的很多東西原來都與所學(xué)的這些知識(shí)息息相關(guān)。在對(duì)觸摸延時(shí)開關(guān)分析、制作的過程中，很好的鞏固了之前學(xué)到的模擬電子相關(guān)知識(shí)。重新學(xué)習(xí)了整流電路的相關(guān)內(nèi)容，對(duì)全波整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路有了更深刻的認(rèn)識(shí)，不僅

16、會(huì)熟練的運(yùn)用計(jì)算公式，而且通過軟件仿真技術(shù)觀察各階段電路的變化，對(duì)各階段電路的波形有更形象的體會(huì)和掌握。與此同時(shí)，此電路用到了晶閘管的門極觸發(fā)原理，在之前對(duì)晶閘管方面的學(xué)習(xí)只是皮毛，樓道觸摸開關(guān)電路的設(shè)計(jì)之中又用到了晶閘管的控制機(jī)理。經(jīng)過查閱大量的資料，現(xiàn)在掌握了晶閘管的基本結(jié)構(gòu)、工作原理、以及管腳判別方法，對(duì)以后的電路設(shè)計(jì)等有關(guān)知識(shí)的學(xué)習(xí)中有很大的幫助。為了使觸摸開關(guān)電路的設(shè)計(jì)更為直觀，在設(shè)計(jì)過程中用到了很多次計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)。從對(duì)系統(tǒng)整體電路的仿真，到各單元電路的仿真，都做了詳細(xì)的數(shù)據(jù)、波形、效果記錄。經(jīng)過計(jì)算機(jī)仿真對(duì)電路功能的實(shí)現(xiàn)，做出了觸摸開關(guān)的實(shí)際產(chǎn)品，對(duì)動(dòng)手實(shí)踐方面有了很大的提高。但

17、是基于所學(xué)知識(shí)、能力和水平所限，在本次觸摸開關(guān)的設(shè)計(jì)過程中可能存在很多疏漏、欠妥和錯(cuò)誤之處，希望通過以后更深一步的學(xué)習(xí)能夠糾正這些不妥之處。總的來說，這次的課程設(shè)計(jì)的研究還是算比較成功的，在這次的設(shè)計(jì)中，我們都學(xué)到了很多在書本上學(xué)不到的東西，對(duì)于動(dòng)手實(shí)踐能力方面，也得到了一定程度的練習(xí)，希望在以后的學(xué)習(xí)中能一步步的得到提升。致 謝通過維持兩周的努力，這次課程設(shè)計(jì)終于得以順利完成。說真的，此次課程設(shè)計(jì)中遇到了很多的困難，對(duì)于知識(shí)的了解程度不夠、不熟練，動(dòng)手實(shí)踐能力差等等。這份來之不易的成果，離不開是指導(dǎo)老師的幫助、指導(dǎo)和不斷的鼓勵(lì)，同時(shí)也離不開同學(xué)們辛苦努力的合作。首先，我要特別感謝我的指導(dǎo)老師

18、們，給我提供了極大的幫助和指導(dǎo)。從開始選題到中期的研究設(shè)計(jì)糾正，再到最終論文的完成，老師給我提供了許多寶貴建議。老師淵博的專業(yè)知識(shí)，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，精益求精的工作作風(fēng)，誨人不倦的高尚師德，樸實(shí)無華、平易近人的人格魅力對(duì)我影響深遠(yuǎn)。不僅使我樹立了遠(yuǎn)大的學(xué)術(shù)目標(biāo)、掌握了基本的研究方法，還使我明白了許多待人接物和為人處世的道理。其次，感謝我的合作伙伴，因?yàn)橛心銈兊膸椭?，我們的課程設(shè)計(jì)整個(gè)過程才得以順利完成。同學(xué)們互相交流學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)，拓寬了大家的知識(shí)層面，彌補(bǔ)了之前的學(xué)習(xí)中的不足之處。其實(shí)，一個(gè)人的力量是薄弱的，團(tuán)體的力量才是巨大的。 平常只學(xué)書本知識(shí)，抽象且枯燥，并不動(dòng)腦去完成，這次讓我明白了有時(shí)想是

19、沒用的，還必須去考察，去學(xué)習(xí)，去實(shí)踐，另外心態(tài)問題也是很重要的，有好的心態(tài)就會(huì)努力，做事效果也是事半功倍。還要扎實(shí)的理論知識(shí)，在操作時(shí)知道自己的目的，使學(xué)到的理論知識(shí)得到驗(yàn)證。只有這樣才能有實(shí)質(zhì)的進(jìn)步，還要和同學(xué)們共同討論，解決各種困難，在困難中能了解更多的非課本的知識(shí)，還能在找到錯(cuò)誤的同時(shí)鍛煉你的觀察力，所以我知道了很多小元件的作用，并了解到什么樣的現(xiàn)象是哪塊的電路出了錯(cuò)誤，小小的成功給了我很大的動(dòng)力，也感受到探索的樂趣，最后由衷感謝老師給我們鍛煉的機(jī)會(huì)以及提供給了我們很大的幫助，我們受益匪淺。參考文獻(xiàn)1 童詩(shī)白，華成英.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)(第四版).北京:高等教育出版社.2009.2 彭介華

20、.電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo).北京:高等教育出版社.2001.3 劉守義，鐘蘇.數(shù)字電子技術(shù)(第二版).西安:西安電子科技大學(xué).2003.4 江學(xué)文等.光電技術(shù).科學(xué)出版社. 2009.15 張克農(nóng)主編.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ).西安交通大學(xué)電子學(xué)教研組.2003. 6 黃賢武、曲波、劉文杰.傳感器實(shí)際應(yīng)用電路設(shè)計(jì).電子科技大學(xué)出版社，1997.7 高文煥,劉潤(rùn)生編.電子線路基礎(chǔ)M.北京:北京高等教育出版社,1997.8 王世昌編.電子線路輔導(dǎo)和題選M.上海:上?？茖W(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社,1999.9 王遠(yuǎn)編.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)學(xué)習(xí)指導(dǎo)書北M.北京:清華大學(xué)出版社,1998.10 邱關(guān)源主編.電路（上下冊(cè)）M.第四版.北京:高等教育出版社,1999.附 錄整流二極管的參數(shù)05Z6.2Y 硅穩(wěn)壓二極管 Vz=66.35V,Pzm=500mW,05Z7.5Y 硅穩(wěn)壓二極管 Vz=7.347.70V,Pzm=500mW,05Z13X硅穩(wěn)壓二極管 Vz=12.413.1V,Pzm=500mW,05Z15Y硅穩(wěn)壓二極管 Vz=14.415.15V,Pzm=500mW,05Z18Y硅穩(wěn)壓二極管 Vz=17.5518.45V,Pzm=500mW,1N4001硅整流二極管 50V, 1A,(Ir=5uA,Vf=1V,Ifs=50A)1N4002硅整流二極管 100V, 1A,1N4003硅整流二極管 200V, 1